《特种连接方法及工艺》第1章 点焊.ppt

第1章 点焊 主要内容 1.1 概述 1.2点焊的电阻及热平衡 1.3点焊基本原理 1.4点焊的工艺 1.5常用金属材料的点焊 1.1.1 点焊的起源和发展 电阻焊技术在工业界诞生、应用和发展已经有100余年的历史。1856年，英格兰物理学家James Joule发现了电阻焊原理；1885年美国人 Elihu Thompson获得电阻焊机专利权，电阻焊走上推动工业发展的历史舞台； 据统计，电阻焊已占整个焊接的1/4左右，并有继续增加的趋势。 电阻点焊是电阻焊的重要分支。1912年，美国费城的Edward G. Budd公司生产出第一个使用电阻点焊焊接的全钢汽车车身；此后，Thomson 又发明了点焊机、缝焊机、凸焊机以及闪光对焊机。1964年，Unimation生产的首批用于电阻点焊的机器人，在通用汽车公司使用。目前，点焊已经广泛应用于运输、航空、设备制造等行业中薄板的自动化焊接生产，成为电阻焊最常用的方法之一。 1.1.2 点焊的焊接特点 定义：指焊件装配成搭接接头，并被压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。 电阻点焊工艺特点 优点： 冶金过程简单、操作简便、易于实现自动化； 加热时间短、热量集中、焊接变形和应力小 无需填充金属、耗材少、焊接生产成本低； 生产效率高、节能环保等 。 缺点： 接头形式比较单一 接头的抗拉强度和疲劳强度较低， 大型自动化点焊设备成本高，维护困难。 1.1.3 点焊的应用 电阻点焊目前主要应用于薄板的搭接接头中，而且接头对气密性和液密性没有要求。由于它不需添加熔敷金属，焊接过程瞬间完成，焊点尺寸小，因此具有高速、经济、节能、焊接变形小等优点。点焊还主要用于厚度小于3mm的冲压、轧制薄板构件；对于6mm以上的板件，点焊接头的承载能力不如熔焊方法。目前，电阻点焊已可应用于多种材料，如低碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金、钛合金、镀锌钢板等。 1.2 点焊的电阻及热平衡 接触电阻主要包括焊件间接触电阻Rc（Contact Resistance），焊件与电极间接触电阻Rew (Resistence between electrode and weldment)。 内部电阻包括下焊件电阻Rdw (Resistance of down weldment)和上焊件电阻Ruw (Resistance of up weldment) 焊接区的总析热量Q为： 1.2.1 接触电阻 影响接触电阻的主要因素 1、 表面状态 由于焊件表面状态与接触电阻的大小和稳定密切相关，因此点焊前，需对焊件表面进行清理，以除掉表面脏物与氧化膜，获得小而均匀一致的接触电阻。 采用的清理方法、加工表面的粗糙度及焊前存放时间都会影响焊件的表面状态，因而获得很大差别的接触电阻。 2 、电极压力 压力增大使金属的弹性与塑性变形增加，对压平接触表面的凹凸不平和破坏不良导体膜有利，使接触电阻减小 3 、加热温度 温度升高金属变形阻力下降，塑性变形增大，接触电阻降低甚至消失。 钢材温度升高到600℃、铝合金温度升高到350℃时的接触电阻均接近为零。 1.2.2 内部电阻 焊件内部电阻（2Rw）是焊接区金属材料本身所具有的电阻，该区域的体积要大于以电极-焊件接触面为底的圆柱体体积。产生这一现象的根本原因，是点焊时的“边缘效应”。 边缘效应：在点焊过程中，当电流流过焊件时，电流将从板的中部向边缘扩展，使整个焊件的电流场呈双鼓形。 原因：焊件的横截面积远大于焊件与电极间的横截面积 。 绕流现象：由于焊接区温度不均匀，促使电流线从中间向四周扩散的现象。 边缘效应与绕流现象 内部电阻的近似计算 1.2.3 总电阻R 点焊中的总电阻由接触电阻和内部电阻共同组成，实际上在焊接过程中，接触电阻和内部电阻是随时间变化的，尤其是接触电阻，在焊接过程中，开始阶段会迅速下降，因此对于电阻点焊而言，其总电阻也是动态变化的。 低碳钢动态电阻 下降段(t0-t1) 由于接触电阻的迅速降低及消失所造成。 上升段(t1-t2) 随着加热进行，焊接区温度升高，金属电阻率增加很快，焊接区金属基本处于固态，接触面增加缓慢，因而电阻率的增大起主要作用，曲线上升较快。经过一段时间加热后，焊接区温度已比较高，电阻率的增大速率减小(焊接区金属温度已在奥氏体相变温度以上)，而焊接区导电面积增加较快，结果使动态总电阻r增加速率减缓，最终达到最大值。 再次下降段(t2-t3) 继续加热使熔化区及塑性环不断扩展，虽然电阻率有突然的增加，但由于绕流现象，使得电极下的导电通路截面增大，主要通过焊接电流的金属区域电阻率并没有明